小粒徑排水超薄罩面在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究

鄧孔

摘要：為進(jìn)一步驗(yàn)證小粒徑排水超薄罩面技術(shù)在高速公路預(yù)養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用效果，文章依托廣西某高速預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程，對 1.2 cm厚小粒徑排水超薄罩面的適用條件、原材料及礦料配比設(shè)計(jì)、最佳瀝青用量以及施工質(zhì)量控制要點(diǎn)等進(jìn)行應(yīng)用研究。結(jié)果表明：小粒徑排水超薄罩面不僅能顯著提升原路面的抗滑性能及平整度，也有效解決了路面積水現(xiàn)象，進(jìn)一步提升了雨天出行的駕駛安全性，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高速公路；小粒徑；排水；超薄罩面；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

中圖分類號：U418.4 A 05 013 3

0 引言

瀝青路面在服役過程中會在行車荷載及環(huán)境的綜合影響下而發(fā)生性能衰減。相關(guān)研究表明，瀝青路面在服役5～10年時(shí)通常會維持完整的結(jié)構(gòu)，但在平整度及抗滑性等路用性能方面會出現(xiàn)較大程度的功能衰減，而超薄罩面能夠有效解決這些問題［1-2］。

《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》對厚度 ＜2.5 cm的罩面統(tǒng)稱超薄罩面，實(shí)際工程應(yīng)用較多的往往是 2 cm厚的超薄罩面。區(qū)別于其他等級公路，高速公路受限于護(hù)欄立柱的安全高度要求，應(yīng)用超薄罩面時(shí)需要更薄的厚度［3］。除此之外，在廣西這類濕熱多雨地區(qū)，由于原有設(shè)計(jì)問題，許多路段存在積水現(xiàn)象，這也對超薄罩面的功能提出了更多要求。小粒徑排水超薄罩面技術(shù)就是針對上述場景而衍生的一種新型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)。目前針對此類技術(shù)主要偏向于室內(nèi)試驗(yàn)，在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的工程應(yīng)用研究較為缺乏。為探究小粒徑排水超薄罩面在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的工程應(yīng)用效果，本文依托廣西某高速公路開展工程應(yīng)用實(shí)踐并進(jìn)行分析總結(jié)，以期為該技術(shù)后續(xù)在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

廣西某高速公路K0+000～K43+000段于2017年通車運(yùn)營，該路段設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為 120 km/h，路面整體結(jié)構(gòu)為瀝青路面。該高速公路所經(jīng)區(qū)域日照充足、氣候溫暖，具備較為豐富的光、熱、水資源。該路段K15+000～K20+000段經(jīng)過5年的服役時(shí)間后，路面出現(xiàn)了抗滑性能衰減、平整度較差、下雨積水等問題（見表1），經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)其路面結(jié)構(gòu)整體較為完整，各項(xiàng)路況指標(biāo)滿足使用超薄罩面的相關(guān)規(guī)范要求，主要問題集中在路表面的性能衰減上。綜合考慮下，該路段運(yùn)營公司決定實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，由于原路面維持了較好的路況水平，符合規(guī)范中對超薄罩面的應(yīng)用需求，結(jié)合路面實(shí)際情況，決定采用在原路面撒布黏層油瀝青后再加鋪一層 1.2 cm的小粒徑排水超薄罩面的養(yǎng)護(hù)方案。

2 原材料

2.1 瀝青膠結(jié)料及黏層瀝青

2.1.1 瀝青膠結(jié)料

小粒徑排水超薄罩面采用的瀝青膠結(jié)料為高黏改性瀝青，其性能主要表現(xiàn)為黏度及粘附性較高，這主要是為了確保瀝青混合料在使用過程中不會發(fā)生松散及脫粒等現(xiàn)象，避免因此造成更嚴(yán)重的路面病害。本項(xiàng)目所采用高黏改性瀝青相關(guān)檢測指標(biāo)如下頁表2所示。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，小粒徑排水超薄罩面采用的高黏改性瀝青具備遠(yuǎn)超規(guī)范要求的 60 ℃動力黏度及軟化點(diǎn)，這也是確保瀝青混合料具備良好高低溫性能的關(guān)鍵保障。

2.1.2 黏層瀝青

黏層瀝青是保障加鋪罩面與原有路面不發(fā)生脫落的關(guān)鍵，因此必須具備良好的粘結(jié)性。此外，由于加鋪罩面采用的是開級配瀝青混合料，其空隙率較大，黏層瀝青還必須具備良好的抗水損性能。本項(xiàng)目所采用的黏層瀝青為高黏改性乳化瀝青，其相關(guān)性能指標(biāo)如下頁表3所示。

2.2 粗、細(xì)集料及填料

小粒徑排水超薄罩面作為與外界荷載直接接觸的功能層，對集料的抗壓碎及耐磨性要求較高，同時(shí)由于采用的是OGFC-5開級配，其主要通過粗集料間嵌擠作用形成骨架，因此需要粗集料保持一定的不規(guī)則性及棱角性，而細(xì)集料則需要保持良好的潔凈程度。基于上述要求，本項(xiàng)目采用0～ 3 mm及3～ 5 mm兩檔優(yōu)質(zhì)玄武巖集料，采用的填料為石灰?guī)r礦粉。具體材料性能檢測結(jié)果如表4～6所示。

3 小粒徑排水超薄罩面瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 礦料級配設(shè)計(jì)

小粒徑排水超薄罩面采用的是OGFC-5的開級配類型，所用集料只有0～ 3 mm和3～ 5 mm兩檔，其較大的空隙率決定了瀝青混合料具備排水及降噪的性能特點(diǎn)。在確認(rèn)各材料的篩分曲線基礎(chǔ)上，以20%作為預(yù)期空隙率設(shè)計(jì)瀝青混合料的合成級配曲線，各材料相應(yīng)的組成比例，即3～ 5 mm玄武巖：0～ 3 mm玄武巖：石灰?guī)r礦粉為80∶17∶3，其礦料級配設(shè)計(jì)曲線如圖1所示。

3.2 最佳瀝青用量的確定

小粒徑排水超薄罩面采用的OGFC開級配需要較大的瀝青用量，而其最佳瀝青用量則是采用謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)以及肯塔堡飛散試驗(yàn)確認(rèn)為主，同時(shí)輔以馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行印證。在參考同類型養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目應(yīng)用案例基礎(chǔ)上［4-5］，本項(xiàng)目瀝青用量在6.3%～7.1%，以0.2%為間隔增量選擇5個(gè)不同瀝青用量分別進(jìn)行謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

謝倫堡析漏試驗(yàn)是檢驗(yàn)確認(rèn)瀝青混合料不產(chǎn)生流淌瀝青時(shí)的瀝青用量，肯塔堡飛散試驗(yàn)是檢驗(yàn)確認(rèn)瀝青混合料不出現(xiàn)松散、脫落現(xiàn)象時(shí)的瀝青用量，二者決定了瀝青用量的上下限值。從圖2可以看出，析漏損失值隨著瀝青用量增加而逐漸增大，當(dāng)瀝青用量超出6.75%則會導(dǎo)致瀝青混合料產(chǎn)生高于規(guī)范限定的0.3%析漏損失上限值，所以最佳瀝青用量應(yīng)＜6.75%。而飛散損失值則是隨著瀝青用量的增加而逐漸減小，但所有瀝青用量比對應(yīng)的飛散損失值均滿足＜20%的規(guī)范限定值。此時(shí)通過析漏損失及飛散損失確定的瀝青用量范圍仍較為粗略，需結(jié)合馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步確定。

從表7數(shù)據(jù)可看出，瀝青用量為6.3%和6.7%時(shí)的空隙率指標(biāo)均超出設(shè)計(jì)要求，而瀝青用量為6.5%時(shí)不僅空隙率與預(yù)期空隙率相同，其馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標(biāo)也在技術(shù)要求范圍內(nèi)。綜合分析，最終確定6.3%為最佳瀝青用量。

3.3 瀝青混合料性能驗(yàn)證

在明確小粒徑排水超薄罩面瀝青混合料的礦料級配及最佳瀝青用量后，仍需對其路用性能進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)，具體檢測結(jié)果如表8所示。

從表8數(shù)據(jù)來看，瀝青混合料的動穩(wěn)定度、低溫彎曲破壞應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度及擺式摩擦系數(shù)均滿足規(guī)范要求，這說明在選定礦料級配及最佳瀝青用量條件下的瀝青混合料有良好的高低溫性能、抗滑性以及水穩(wěn)定性。

4 工程應(yīng)用

4.1 小粒徑排水超薄罩面施工控制要點(diǎn)

小粒徑排水超薄罩面的施工可采用常規(guī)熱拌瀝青混合料施工工藝，但是由于其采用的是高黏改性瀝青，同時(shí)其結(jié)構(gòu)厚度較薄，在具體施工控制上仍存在一定差異，項(xiàng)目依托試驗(yàn)路段總結(jié)出以下主要控制要點(diǎn)：

（1）小粒徑排水超薄罩面屬于功能性磨耗層而非結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)物，因此需要原路面具備完整的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對于原路面存在的坑槽、裂縫等局部病害需要在加鋪前進(jìn)行提前處置。

（2）原路面與加鋪罩面主要是靠黏層油連接成整體，而原路面的潔凈程度與否對黏層油的粘結(jié)效果有很大的影響，因此加鋪前原路面需要清理干凈。本項(xiàng)目采用的黏層油是高黏改性乳化瀝青，其撒布量控制在 0.8 kg/m2左右，黏層油噴灑完破乳后需緊跟攤鋪工序以確保粘結(jié)效果。

（3）小粒徑排水超薄罩面由于采用的是高黏改性瀝青，其拌和的瀝青混合料溫度較高，但由于加鋪層較薄且級配空隙大，瀝青混合料施工時(shí)的溫度消散會非?？欤虼藢τ跒r青混合料涉及溫度控制的施工環(huán)節(jié)需要做好嚴(yán)格控制。通過工程應(yīng)用的總結(jié)，相關(guān)控制要求如表9所示。

（4）由于瀝青混合料溫度消散較快，對其運(yùn)輸與攤鋪的工序銜接需嚴(yán)格做好組織設(shè)計(jì)，嚴(yán)禁來料長時(shí)間等待施工。而小粒徑排水超薄罩面是開級配，故壓實(shí)機(jī)械采用 ≥13 t的鋼輪壓路機(jī)靜壓即可，無須采用振動碾壓。

4.2 小粒徑排水超薄罩面性能檢測

K15+000～K20+000段在加鋪小粒徑排水超薄罩面攤鋪完成后隨即進(jìn)行了相應(yīng)的性能檢測，具體檢測結(jié)果如后頁表10所示。

從表10數(shù)據(jù)可知，較加鋪前相比，平整度值提升了35%，構(gòu)造深度值和擺值分別增加了64.2%和63.5%，這說明路面的抗滑性能實(shí)現(xiàn)了較大程度的提升，駕駛體驗(yàn)也更為平穩(wěn)。最突出的是小粒徑排水超薄罩面具備良好的排水性能，其滲水系數(shù)遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值2.5倍，有效解決了路面積水的問題，對下雨天車輛的高速行駛起到了一定的安全保障作用。

5 結(jié)語

小粒徑排水超薄罩面作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，從材料特點(diǎn)分析，其瀝青混合料所用集料粒徑小，瀝青用量較大且性能要求高，同時(shí)需要配合優(yōu)質(zhì)的黏層油。從施工工藝特點(diǎn)分析，其施工工藝對瀝青混合料涉及溫度相關(guān)的工藝環(huán)節(jié)控制有著更嚴(yán)格的要求。從攤鋪應(yīng)用的實(shí)際效果來看，小粒徑排水超薄罩面能夠很好地恢復(fù)原路面的抗滑性能及平整度，同時(shí)其大孔隙的性能特點(diǎn)能夠迅速排水，為司乘人員在雨天高速行駛提供了一定的保障。綜上分析，小粒徑排水超薄罩面在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中具備良好的應(yīng)用推廣前景。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-12-20